(57)【要約】【解決手段】絶縁体層と、この絶縁体層内に設けられた電極を有する静電チャックの被吸着体と接触する表面に、補強性シリカが配合され、補強性シリカ以外に平均粒子径０．５μｍ以上の充填剤を含まないシリコーンゴム層を設けることを特徴とする静電チャック。【効果】本発明の静電チャックはウエハとの密着性が良く、冷却性能に優れる。よって、半導体集積回路の製造においてウエハの保持が必要となる工程、特に、プラズマエッチング工程やイオン注入工程、スパッタリング工程において、ウエハの温度を精度よく均一かつ一定に保つことができるため、高精度の加工を行うのに有用である。また、ウエハ吸着時に発生するパーティクルを低減でき、より細線加工に対応可能である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体層と、この絶縁体層内に設けられた電極を有する静電チャックの被吸着体と接触する表面に、補強性シリカが配合され、補強性シリカ以外に平均粒子径０．５μｍ以上の充填剤を含まないシリコーンゴム層を設けることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
補強性シリカが、ＢＥＴ法比表面積が５０ｍ2／ｇ以上の煙霧質シリカ（乾式シリカ）であることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
補強性シリカ配合シリコーンゴム層の厚さが１０〜１５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の静電チャック。
【請求項４】
補強性シリカ配合シリコーンゴム層の硬さが５０以上であり、かつ引張強さが５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路の製造においてウエハの保持が必要となる工程、特に、イオン注入工程、スパッタリング工程、プラズマエッチング工程において有用な静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路の製造工程におけるウエハの保持には、静電吸着方式又はジャンセン・ラーベック力方式のウエハチャック、即ち、いわゆる静電チャックが用いられている。この静電チャックの絶縁体層としては、ポリイミド等の有機樹脂、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックス、シリコーンゴム等のゴム弾性体を用いることが提案されている。
また、プラズマエッチング工程においては、ウエハがプラズマにより加熱されるのを抑えて、ウエハの温度分布を均一かつ一定とするため、冷却チラー等の冷却機構が静電チャックの裏面に設けられている。温度分布を均一かつ一定にすると、マスク材とエッチング対象物の下地との選択性が高くなり、また、異方性形状を得られやすいので、高精度のエッチングが可能となる。
【０００３】
セラミック製絶縁体層を用いた静電チャックは、プラズマガスに対する耐久性に優れ、かつ高熱伝導性である。しかし、セラミック製絶縁体層は硬度が高いため、凹凸を有するウエハとの密着性が悪く、その結果、接触熱抵抗が大きくなり、充分な冷却性能が得られない。そこで、熱移動を促進するために、ウエハと絶縁体層との間にヘリウム等の不活性ガスを流すガス冷却方式が採られる。しかし、この方法では、不活性ガスを流す溝を絶縁体層表面に設ける等の微細加工、及び不活性ガスの供給設備が必要であり、静電チャックの構造が複雑になり、静電チャックの製造コスト増を招くという点で不利である。また、セラミック製絶縁体とウエハが接触、擦れることにより微小パーティクルが発生し、このパーティクルがウエハの裏側に付着し、工程内に持ち込まれることにより、ウエハの微細加工で欠陥を発生する問題がある。
ポリイミド製絶縁体層を用いた静電チャックは、容易に製造でき、安価であるが、プラズマガスに対する耐久性が充分でない。また、熱伝導率が低く、かつ硬いため接触熱抵抗が大きく、冷却性能が悪いという問題がある。更に、セラミック製絶縁体と同様にパーティクルが発生する問題がある。
【０００４】
特開昭５９−６４２４５号公報（特許文献１）には、金属板上に、シリコーンゴムをガラスクロスに浸透させて得た放熱性シリコーンプリプレグからなる第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に電極として形成された銅パターンと、銅パターン上にシリコーンゴムからなる第２絶縁膜が設けられてなる静電チャックが提案されている。この静電チャックは、絶縁層に弾性体であるシリコーンゴムを用いているため、比較的接触熱抵抗が小さく、冷却性能がよい。よって、この静電チャックを用いると、効率よくウエハの温度を均一に保ちやすい。また、シリコーンゴムは柔らかいためウエハと接触してもパーティクルが発生しにくく、セラミック製やポリイミド製に比べ、低パーティクル量を実現できる。しかし、シリコーンゴムに熱伝導性を付与するため、添加しているアルミナ、酸化亜鉛、窒化ホウ素等の熱伝導性充填剤が脱落しパーティクルとなる。最近の高集積化にともなうウエハ加工線幅の細線化に対応するため、よりパーティクル発生量の少ない静電チャックが求められており、本静電チャックでは性能が不充分となっている。
【０００５】
特開平２−２７７４８号公報（特許文献２）では、金属基盤上にポリイミドフィルムからなる第１絶縁層、銅箔からなる電極層、ポリイミドフィルムからなる第２絶縁層を接着剤で積層した静電チャックの被吸着物を搭載する第２絶縁層に密着性向上層を設け、被吸着物との熱コンタクト性を改良する静電チャックが提案されている。しかし、この静電チャックは密着性向上層自体がウエハに移行したり、配合している熱伝導性充填剤が脱落することによりパーティクルの発生が懸念される。
【０００６】
特開平１０−３３５４３９号公報（特許文献３）では、金属基板上に、シリコーンゴムからなる第１絶縁層と、第１絶縁層上に形成された導電パターンと、導電パターン上に表面にシボ模様が形成されたシリコーンゴムからなる第２絶縁層を設けてなるウエハ付着パーティクル量を低減した静電チャックが提案されている。本静電チャックもシリコーンゴムに配合している熱伝導性フィラーが脱落することによりパーティクルが発生するおそれがある。
【０００７】
特開平１１−２３３６０４号公報（特許文献４）では、静電チャックの吸着面にシリコーン系樹脂、エポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂からなる保護膜を設けることにより、耐摩耗性や耐損傷性に優れた静電チャックが提案されている。この保護膜が硬い場合はウエハ冷却性能が低下し、ウエハとの擦れによりパーティクルが発生するおそれがある。また、保護膜に含まれているシリカ以外の充填剤が脱落してパーティクルとなる可能性がある。
【０００８】
特開２００４−２５３７１８号公報（特許文献５）では、セラミックからなる基体とその内部に電極を備えた静電チャックの吸着面にシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の粘着・滑り止め層を形成し、吸着される基板の位置合わせを容易にでき、基板にキズをつけない静電チャックが提案されている。本静電チャックも同様に粘着・滑り止め層からのパーティクルの発生が懸念される。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−６４２４５号公報
【特許文献２】特開平２−２７７４８号公報
【特許文献３】特開平１０−３３５４３９号公報
【特許文献４】特開平１１−２３３６０４号公報
【特許文献５】特開２００４−２５３７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、半導体集積回路の製造において冷却性能に優れ、パーティクルの発生を低減でき、ウエハを保持するのに好適な静電チャックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成する手段として、絶縁体層と、この絶縁体層内に設けられた電極を有する静電チャックのウエハと接触する表面に、補強性シリカが配合され、補強性シリカ以外に平均粒子径０．５μｍ以上の充填剤を含まないシリコーンゴム層を設けることを特徴とする静電チャックを提供する。
この場合、補強性シリカが、ＢＥＴ法比表面積が５０ｍ2／ｇ以上の煙霧質シリカ（乾式シリカ）であることが好ましく、更に補強性シリカ配合シリコーンゴム層の厚さが１０〜１５０μｍの範囲であることが好ましく、補強性シリカ配合シリコーンゴム層の硬さが５０以上であり、かつ引張強さが５ＭＰａ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の静電チャックはウエハとの密着性が良く、冷却性能に優れる。よって、半導体集積回路の製造においてウエハの保持が必要となる工程、特に、プラズマエッチング工程やイオン注入工程、スパッタリング工程において、ウエハの温度を精度よく均一かつ一定に保つことができるため、高精度の加工を行うのに有用である。また、ウエハ吸着時に発生するパーティクルを低減でき、より細線加工に対応可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。なお、本発明において、「硬さ」はＪＩＳ  Ｋ  ６２４９に規定のタイプＡデュロメータにより測定された値であり、「引張強さ」はＪＩＳ  Ｋ  ６２４９に規定された方法で測定された値である。
【００１４】
本発明における静電チャックとしては一般的なもので良く、具体的には、絶縁体層としては、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素等のセラミック、ポリイミド等の有機樹脂、シリコーンゴム等のゴム弾性体から特性、用途に応じて種々選択できる。内部にウエハを吸着するための電極を有するものであり、電極の材質としては、銅、アルミニウム、ニッケル、銀、タングステン等の金属、窒化チタン等の導電性セラミックが挙げられる。
【００１５】
静電チャックの被吸着体と接触する面に設けられる補強性シリカを配合したシリコーンゴム層は、被吸着体との密着性を良くし、冷却性能を向上させ、被吸着体との接触よるパーティクルの発生を抑え、この層自体の被吸着体への移行や熱伝導性充填剤の脱落を防ぐ目的である。
この補強性シリカ配合シリコーンゴム層は、補強性シリカを配合したシリコーンゴム組成物を硬化させることによって得ることができる。
この場合、補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物のポリマー成分であるオルガノポリシロキサンは、他の合成ゴムに比べ非常に強度が弱く、それ自体単独では使用できるレベルのものではない。オルガノポリシロキサンに充填剤、特に補強性シリカを添加することにより使用可能な強度を発揮する。
【００１６】
オルガノポリシロキサンは下記平均組成式（１）
ＲnＳｉＯ(4-n)/2                          （１）
（ｎは１．９５〜２．０５の正数）
で示されるもので、式中Ｒは置換又は非置換の好ましくは炭素数１〜１０、特に１〜８の一価炭化水素基を表し、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基あるいはこれらの水素原子が部分的に塩素原子、フッ素原子などで置換されたハロゲン化炭化水素基等が例示されるが、一般的にはオルガノポロシロキサンの主鎖がジメチルシロキサン単位からなるものあるいはこのオルガノポリシロキサンの主鎖にビニル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基などを導入したものが好ましい。また分子鎖末端がトリオルガノシリル基又は水酸基で封鎖されたものとすればよいが、このトリオルガノシリル基としてはトリメチルシリル基、ジメチルビニルシリル基、トリビニルシリル基などが例示される。なお、この成分の平均重合度は２００以上、回転粘度計による測定で２５℃における粘度が０．３Ｐａ・ｓ以上のものが好ましく、平均重合度２００未満では硬化後の機械的強度が劣り、脆くなる欠点がある。
【００１７】
また、このオルガノポリシロキサンは、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子に結合するアルケニル基を有することが好ましく、Ｒの内０．００１〜５モル％、特に０．０１〜１モル％のビニル基を含有することが好ましい。
【００１８】
補強性シリカは機械的強度に優れたシリコーンゴムを得るために配合されるものであり、ＢＥＴ法比表面積が５０ｍ2／ｇ以上、特に１００〜４００ｍ2／ｇであることが好ましい。この補強性シリカとしては、煙霧質シリカ（乾式シリカ）、沈降シリカ（湿式シリカ）等が例示され、特に不純物の少ない煙霧質シリカ（乾式シリカ）が好ましい。また、補強性シリカの表面をオルガノポリシロキサン、オルガノシラザン、クロロシラン、アルコキシシラン等で疎水化処理を行ってもよい。
【００１９】
この補強性シリカの添加量は、特に制限されるものではないが、オルガノポリシロキサン１００質量部に対して５質量部未満では充分な補強効果が得られないおそれがあり、１００質量部より多くすると成形加工性が悪くなる場合があるので、５〜１００質量部の範囲、好ましくは２０〜８０質量部の範囲である。
【００２０】
補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物には、補強性シリカ以外のカーボンブラック、着色顔料等の充填剤を添加してもよいが、これらの充填剤は補強性シリカに比べオルガノポリシロキサンとの親和性が悪く脱落しやすいので、補強性シリカ以外の平均粒子径０．５μｍ以上、特に平均粒子径０．２μｍ以上の充填剤を含まないことが必要である。また、導電性不純物を多く含有する充填剤はウエハ汚染の原因となるため、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び鉄、ニッケル、銅、クロム等の重金属、並びにこれらの化合物を極力含まないことが好ましい。具体的には、導電性不純物の含有量は金属元素に換算して質量基準で１ｐｐｍ以下とすることが好ましい。なお、上記平均粒子径はレーザー回折式粒度分布測定装置による測定値である。
【００２１】
更に必要に応じて、耐熱性向上剤、難燃性向上剤、受酸剤などの各種添加剤やフッ素系の離型剤、あるいは補強性シリカ分散剤として各種アルコキシシラン、ジフェニルシランジオール、カーボンファンクショナルシラン、シラノール基含有シロキサンなどを添加してもよい。
【００２２】
補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物は、上記成分を２本ロール、バンバリーミキサー、ニーダー、プラネタリーミキサー等の混練機を用いて均一に混合し、必要に応じて１００℃以上の温度で熱処理することにより得ることができる。
【００２３】
補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物を硬化させ、ゴム弾性体（シリコーンゴム）とする硬化剤としては、通常シリコーンゴム組成物の硬化に使用されている従来公知のものでよく、これはラジカル反応に使用されるジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジクミルパーオキサイドなどの有機過酸化物、付加反応硬化剤として、オルガノポリシロキサンがアルケニル基を有する場合、ケイ素原子に結合した水素原子を１分子中に２個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金族金属系触媒とからなるもの、縮合反応硬化剤として、オルガノポリシロキサンがシラノール基を含有する場合、アルコキシ基、アセトキシ基、ケトオキシム基、プロペノキシ基などの加水分解性の基を２個以上有する有機ケイ素化合物等が例示されるが、この添加量は通常のシリコーンゴム組成物と同様にすればよい。
【００２４】
補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物としては、ミラブルタイプシリコーンゴム組成物及び液状タイプシリコーンゴム組成物のいずれを用いてもよい。作業性、成形加工性の点から有機過酸化物硬化型又は付加反応硬化型の補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物が好ましい。
【００２５】
静電チャック上に補強性シリカ配合シリコーンゴム層を形成するには、シランカップリング剤やチタンカップリング剤等を含有するシリコーンゴム用のプライマーを塗布した静電チャックの接着面に、未硬化の液状付加反応硬化型補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物を均一にコーティングしてから加熱オーブン等で熱をかけ、硬化させる方法や、ミラブルタイプの有機過酸化物硬化型補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物をトルエン等の有機溶剤に溶解した溶解液をＰＥＴフィルム等の樹脂フィルム上にコーティングし、有機溶剤を乾燥してから、静電チャックに貼り合わせ、プレス成形機等で熱と圧力をかけ硬化させる方法等が適用できる。
【００２６】
静電チャック上に設ける補強性シリカ配合シリコーンゴム層の厚さは、１０μｍ未満ではウエハとの密着性が悪く冷却性能が低下し、また補強性シリカ配合シリコーンゴム層の強度が充分発揮されないおそれがあり、１５０μｍより厚くするとこの層の熱伝導性が低く冷却性能が低下するため、１０〜１５０μｍの範囲、好ましくは２０〜１００μｍの範囲である。
【００２７】
補強性シリカ配合シリコーンゴム層の硬さは、５０未満ではシリコーンゴム表面の粘着が強くなり、ウエハにゴムが移行するおそれがあるため、硬さ５０以上、好ましくは６０以上である。なお、硬さの上限は１００以下、特に９８以下であることが好ましい。また、引張強さは、５ＭＰａ未満ではゴムの強度が不足し、ウエハ吸着を繰り返すことでゴムが破壊する可能性があり、５ＭＰａ以上、特に６ＭＰａ以上が好ましい。引張強さの上限は特に制限されないが、通常２０ＭＰａ以下、特に１５ＭＰａ以下である。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
また、特性評価には金属基板上に第１絶縁層として厚さ５０μｍのポリイミドフィルム、電極として銅箔パターン、第２絶縁層として厚さ２５μｍのポリイミドフィルムをそれぞれエポキシ接着剤で貼り合わせた構造の直径１９０ｍｍのポリイミド製静電チャックを使用した。
【００２９】
［実施例１］
ジメチルシロキサン単位９９．７モル％、メチルビニルシロキサン単位０．３モル％からなる平均重合度８，０００のメチルビニルポリシロキサン１００質量部に、ＢＥＴ比表面積３００ｍ2／ｇの煙霧質シリカＡｅｒｏｓｉｌ３００（商品名、日本アエロジル（株）製）６５質量部、構造式（２）で示されるジヒドロキシジメチルポリシロキサン１５質量部をニーダーで混練りし、１７０℃で３時間の熱処理を行った。
【化１】
2007299837.tif 000002
冷却後、ストレーナーろ過機により２００メッシュの金網を通して異物を除去してから、有機過酸化物２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン０．７質量部を２本ロールで添加混合した。この補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物１００質量部とトルエン５００質量部をホモジナイザーで均一に溶解し、４００メッシュの金網でろ過してコーティング液を調製した。このコーティング液を厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムにバーでコーティングしてから、６０℃の加熱オーブンでトルエンを揮発させ、厚さ４０μｍの未硬化の補強性シリカ配合シリコーンゴムシートを作製した。ポリイミド製静電チャックのポリイミド表面にプライマーＣ（商品名、信越化学工業（株）製）を塗布後、風乾し、その上に真空圧着機を用い、未硬化の補強性シリカ配合シリコーンゴムシートを貼り合わせ、温度１６０℃で３０分加熱してゴムを硬化させた。ＰＥＴフィルムを剥離し、静電チャック端部のゴムをカット処理してから加熱オーブンを用い、温度１５０℃で４時間熱処理することにより、補強性シリカ配合シリコーンゴム層をポリイミド製静電チャック表面に設けた。
【００３０】
［実施例２］
ジメチルシロキサン単位９９．８５モル％、メチルビニルシロキサン単位０．１５モル％からなる平均重合度８，０００のメチルビニルポリシロキサン１００質量部に、比表面積２００ｍ2／ｇの煙霧質シリカＡｅｒｏｓｉｌ２００（商品名、日本アエロジル（株）製）５０質量部、構造式（２）で示されるジヒドロキシジメチルポリシロキサン８質量部をニーダーで混練りし、１７０℃で３時間の熱処理を行った。この補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物を用い、実施例１と同様な方法で厚さ８０μｍの補強性シリカ配合シリコーンゴム層をポリイミド製静電チャック表面に設けた。
【００３１】
［実施例３］
実施例１と同様な補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物を用い、同様な方法で厚さ１８０μｍの補強性シリカ配合シリコーンゴム層をポリイミド製静電チャック表面に設けた。
【００３２】
［比較例１］
補強性シリカ配合シリコーンゴム層を表面に設けないポリイミド製静電チャックを用いた。
【００３３】
［比較例２］
実施例２の補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物に平均粒子径０．７μｍの球状アルミナＡＯ−５０２（商品名、アドマテックス（株）製）を１００質量部添加混合し、同様な方法で厚さ８０μｍのシリコーンゴム層をポリイミド製静電チャック表面に設けた。
【００３４】
［実施例１〜３及び比較例１，２の静電チャックの評価］
（冷却性能）
ブランクのポリイミド製静電チャックと実施例１，２及び比較例１で得られた各静電チャックの冷却性能の評価に冷却性能試験器を使用した。図１は、該冷却性能試験器の構成の概略を示す縦断面図である。図１において、静電チャック１をチャンバー２内の台３の上に装着した。台３には冷却水が循環する冷却管４が設けられ、静電チャック１を冷却するようになっている。８インチウエハ５を静電チャック１の上に設置した後、チャンバー２内の圧力を０．０１Ｔｏｒｒに減圧した。次いで、電源６から静電チャック１に、±０．５ｋＶの直流電圧を供給し、静電チャック１上に８インチウエハ５を静電吸着させて固定した。
次いで、ヒーター７を用いて８インチウエハ５を１５０℃に加熱した後、４℃の冷却水を冷却管４内で循環させた。８インチウエハ５の温度が平衡状態になった時に、表面温度計８を用いて８インチウエハ５表面の温度を測定した。結果を表１，２に示す。
【００３５】
（ウエハバックサイドパーティクル）
静電チャックを給電台に装着し、８インチウエハを静電チャックの上に設置した後、電源から±０．５ｋＶの直流電圧を供給し、静電チャック上に８インチウエハを静電吸着させて１分間固定した。直流電圧をオフし、８インチウエハを脱着してから、新しい８インチウエハを用いて同様な静電吸着工程を繰り返した。吸着後の８インチウエハ裏面に付着した大きさ０．１６μｍ以上のバックサイドパーティクルの数をパーティクルカウンタで測定した。結果を表１，２に示す。
【００３６】
【表１】
2007299837.tif 000003
【００３７】
【表２】
2007299837.tif 000004
【００３８】
［評価］
実施例の静電チャックは、ブランクのポリイミド製静電チャックや比較例の静電チャックに比べ、冷却性能に優れ、ウエハに付着するバックサイドパーティクル数が少ないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例において静電チャックの冷却性能を評価するのに使用された冷却性能試験器の構成の概略を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  静電チャック
２  チャンバー
３  台
４  冷却管
５  ８インチウエハ
６  電源
７  ヒーター
８  表面温度計
【図１】
2007299837.tif 000005